[發(fā)明專利]超高分子量聚乙烯干法紡絲中熔體凍膠及固液分離的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910362157.1
• 申請(qǐng)日: 2019-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110093678A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭晗;孫勇飛;王新威;李濟(jì)祥;鞏明方;張玉梅;王萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類號(hào): D01F6/46
• 分類號(hào): D01F6/46;D01D5/092
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發(fā)明涉及超高分子量聚乙烯干法紡絲中熔體凍膠及固液分離的方法，將含有紡絲溶劑的超高分子量聚乙烯熔體經(jīng)噴頭擠出后進(jìn)行兩段吹風(fēng)，先垂直通過(guò)冷風(fēng)吹掃腔，使熔體溫度驟降而固化成型，然后進(jìn)入熱風(fēng)吹掃腔進(jìn)行側(cè)吹，通過(guò)氣體從側(cè)方向吹掃凍膠化的纖維，使其中的溶劑氣化，達(dá)到超高分子量聚乙烯纖維固相與溶劑的兩相分離。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以在不影響纖維吹風(fēng)干燥效率的基礎(chǔ)上，完成超高分子量聚乙烯干法紡絲中的凍膠化，使纖維的內(nèi)部的解纏結(jié)結(jié)構(gòu)得到保留，而不會(huì)因?yàn)榭焖俚南喾蛛x而形成大量結(jié)晶，能有效提升纖維的均勻性和穩(wěn)定性，保證纖維后紡拉伸的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及超高分子量聚乙烯干法紡絲熔體凍膠化與纖維干燥的方法。

背景技術(shù)

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，是繼碳纖維和芳綸之后出現(xiàn)的第三代高性能纖維，它以相對(duì)分子量在100萬(wàn)以上的聚乙烯為原料，經(jīng)凍膠紡絲一超倍拉伸的方法制備而成。是目前已工業(yè)化纖維材料中比強(qiáng)度和防彈性能最高的纖維，在同等重量的情況下，其強(qiáng)度相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)鋼絲的15倍。UHMWPE纖維還具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐侯性、高能量吸收性、低導(dǎo)電性、可透過(guò)X-射線及一定的防水性等特性。出色的性能，使其在軍事、航天航海工程和高性能、輕質(zhì)復(fù)合材料及運(yùn)動(dòng)器械等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如用作防護(hù)材料的防彈衣、防彈頭盔、雷達(dá)防護(hù)罩、導(dǎo)彈罩、防彈裝甲、防刺服及防切割手套等：用作高強(qiáng)繩索的大型船舶纜繩、降落傘繩、布雷繩、登山繩等：制作復(fù)合材料應(yīng)用于坦克內(nèi)附壁緩沖材料雷達(dá)天線罩、大型儲(chǔ)藏罐等；用作運(yùn)動(dòng)器械的弓弦、帆布、雪橇等，作為光纜補(bǔ)強(qiáng)材料、釣魚線及泊網(wǎng)等。

UHMWPE纖維制備技術(shù)分兩種不同的生產(chǎn)工藝路線：一種是使用高揮發(fā)性溶劑(十氫萘等)干法凍膠紡絲工藝路線(簡(jiǎn)稱干法紡絲)：另一種是使用低揮發(fā)性溶劑(礦物油、煤油、白油等)的濕法凍膠紡絲工藝路線(簡(jiǎn)稱濕法紡絲)。其中，干法紡絲過(guò)程首先在溶脹釜內(nèi)將UHMWPE進(jìn)行適度的溶脹，并形成紡絲原液，紡絲原液在雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)完成溶解過(guò)程后經(jīng)計(jì)量泵等一系列工序，自噴絲板擠出后用惰性氣體側(cè)吹風(fēng)使溶劑氣化逸出，出側(cè)吹風(fēng)箱體的半干態(tài)凝膠原絲，再經(jīng)過(guò)甬道干燥以及初步拉伸等工序，形成纖維原絲，將原絲進(jìn)行連續(xù)高倍拉伸及熱定型得到高性能UHMWPE纖維。在紡絲工藝中對(duì)惰性氣體帶走的溶劑須經(jīng)壓縮、冷凝液化等過(guò)程進(jìn)行回收處理。干法紡絲技術(shù)難度大，但與濕法紡絲相比，具有工藝流程短，紡絲速度快，產(chǎn)品質(zhì)量好，溶劑可直接回收，經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)越性。

國(guó)際市場(chǎng)上UHMWPE纖維的產(chǎn)品主要有美國(guó)honeywell公司的Spectra系列，荷蘭DSM公司以及日本Toyobo和荷蘭DSM建立聯(lián)合公司的Dyneema系列，日本Mitsui公司的Tekmilon系列。其中美國(guó)、日本的公司纖維產(chǎn)品主要國(guó)內(nèi)自用，而荷蘭DSM公司年產(chǎn)量大約7000噸，占到全球產(chǎn)量的35％，產(chǎn)品主要用于出口。該公司采用干法紡絲制備UHMWPE纖維，無(wú)論是纖維產(chǎn)量還是性能方面，均有明顯的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)是世界上第四個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)生產(chǎn)UHMWPE纖維的國(guó)家，于1985年已開(kāi)始UHMWPE纖維紡絲的基礎(chǔ)研究工作，2000年實(shí)現(xiàn)濕法紡絲制備UHMWPE纖維的產(chǎn)業(yè)化：2011年又實(shí)現(xiàn)干法紡絲的規(guī)模化生產(chǎn)。公司主要有中紡?fù)顿Y、寧波大成和湖南中泰等，最近幾年纖維生產(chǎn)發(fā)展迅速，新型發(fā)展起來(lái)的企業(yè)有：北京威亞、山東愛(ài)地(DSM公司收購(gòu))、江蘇儀征化纖等近20家企業(yè)。其中儀征化纖采用干法紡絲技術(shù)進(jìn)行UHMWPE纖維生產(chǎn)，其余企業(yè)均采用濕法紡絲技術(shù)

在已有的國(guó)內(nèi)外干法紡絲技術(shù)的專利中，還未曾發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明完全相同的干法紡絲過(guò)程中紡絲熔體凍膠化及纖維干燥的方法：其中，日本專利特開(kāi)平7-238416公開(kāi)了一種在干法紡絲過(guò)程中積極揮發(fā)溶劑以制備高性能聚乙烯纖維的方法：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5～50％的超高分子量聚乙烯與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50～95％的揮發(fā)性溶劑混合溶解，加熱擠出后進(jìn)入紡絲筒，紡絲筒內(nèi)通入熱氣流使40％以上的溶劑揮發(fā)，剩余溶劑在熱拉伸的過(guò)程中去除。